CN114121556B - 一种自锁式液态金属触点长寿命继电器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自锁式液态金属触点长寿命继电器，包括液槽、槽盖、绝缘罩、气囊、第一引脚、气泵、电磁铁、磁性触点组件、弹簧、第一连接管、分断座和第二连接管；槽盖与液槽形成有两个填充有液态金属的金属液腔；绝缘罩固定安装在槽盖上，气囊设于金属液腔内；气泵具有无杆腔和有杆腔；有杆腔内填充有惰性气体，无杆腔与气囊连通；磁性触点组件连接在气泵的输出端；弹簧的两端分别与磁性触点组件和气泵相抵接；分断座设有分断通道，第一连接管的两端分别金属液腔和分断通道连通，第二连接管的两端分别与有杆腔和分断通道连通；本发明能够极大抑制电弧放电，有效避免触点形成永久性的瘢痕，提高继电器的使用寿命，结构更为可靠。

Description

一种自锁式液态金属触点长寿命继电器及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种自锁式液态金属触点长寿命继电器。

背景技术

现有的继电器通过动、静触点的接触和断开，实现高压回路的通断，然而在通断过程中动、静触点之间会产生电弧放电现象，高温电弧会使触点烧蚀，造成永久性的瘢痕，缩短触点寿命，特别是在频繁通断工况下还会引起继电器升温烧毁，结构可靠性较低。

发明内容

本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种自锁式液态金属触点长寿命继电器。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种自锁式液态金属触点长寿命继电器，包括液槽、槽盖、绝缘罩、两个气囊和两个第一引脚；所述液槽具有两个间隔设置的容置槽；所述槽盖固定安装在液槽上，并与两个容置槽形成两个填充有液态金属的金属液腔；所述绝缘罩固定安装在槽盖上，并与槽盖之间形成有安装空间；两个所述气囊分别一一对应安装在两个金属液腔内；两个所述第一引脚分别穿设于液槽底部的两端，且分别对应与金属液腔内的液态金属接触；

所述安装空间内安装有气泵、电磁铁、磁性触点组件、弹簧、第一连接管、分断座和第二连接管；所述气泵具有无杆腔和有杆腔；所述有杆腔内填充有惰性气体，所述无杆腔与两个气囊均连通；两个所述电磁铁对称分布于气泵的两侧；所述磁性触点组件的中部固定连接在气泵的输出端上，并位于两个电磁铁的上方；所述弹簧套设于气泵的输出端上，且所述弹簧的两端分别与磁性触点组件和气泵相抵接；两个所述第一连接管的一端分别一一对应与两个金属液腔连通；所述分断座具有呈倒U型的分断通道，所述分断通道的两端分别一一对应与两个第一连接管的另一端连通；所述第二连接管的一端与气泵的有杆腔连通，所述第二连接管的另一端与分断通道的中部连通。

本发明进一步地，所述磁性触点组件包括有滑动臂和两个永磁体，所述滑动臂的中部固定连接在气泵的输出端上，两个所述永磁体对应固定在滑动臂底面的两端并对应位于电磁铁的正上方。

本发明进一步地，所述分断座是由耐高温陶瓷材料制成。

本发明进一步地，所述液态金属为钠钾合金或汞。

本发明进一步地，所述惰性气体为六氟化硫。

本发明进一步地，所述滑动臂的两端还分别一一对应活动套设于两个第一连接管外壁上。

本发明进一步地，所述安装空间内还安装有两个用于对磁性触点组件的位置进行锁止的锁止单元，两个所述锁止单元分别一一对应固定在两个电磁铁的侧壁上。

本发明进一步地，每个所述锁止单元均包括有锁止座、驱动滑块、连接臂、杠杆和弹性钢丝杆，所述锁止座固定安装在电磁铁侧壁上，所述锁止座上开设有锁止驱动槽，所述驱动滑块滑动连接在锁止座上，所述杠杆的一端铰接在锁止座上，所述杠杆的另一端与驱动滑块铰接，所述连接臂的一端固定连接在磁性触点组件上，所述连接臂的另一端活动铰接在杠杆的中部，所述弹性钢丝杆的一端固定连接在驱动滑块上，所述弹性钢丝杆的另一端活动嵌设于锁止驱动槽内。

本发明进一步地，所述锁止驱动槽包括依次首尾连接的A段、B段、C段和D段，且所述A段、B段、C段的深度关系为：C段>B段>A段，D段的底面为倾斜面，所述A段与B段之间形成有锁止V型口，所述D段与A段之间成型有导向V型口，所述D段的两端分别与C段和A段平滑过渡连接，所述锁止V型口的顶点位置位于弹性钢丝杆处于自然状态下所在的直线上且位于B段内，所述导向V型口的顶点位置位于弹性钢丝杆处于自然状态下所在的直线的左侧。

本发明的有益效果为：本发明通过利用液态金属作为外界高压回路的接通触点，液态金属触点每次分断与融合形态始终保持不变，且液态金属的分断和融合均处于惰性气体氛围下，能够极大抑制电弧放电，从而有效避免触点因为电弧烧蚀而形成永久性的瘢痕，解决了传统继电器在分断过程中发生电弧烧蚀而造成触点表面质量劣化、使用寿命下降的问题，提高继电器的使用寿命，结构更为可靠、耐用。

附图说明

图1是本发明的剖面示意图；

图2是本发明的立体图；

图3是本发明部分结构的立体图；

图4是本发明部分结构另一视角的立体图；

图5是本发明的锁止单元的立体图；

图6是本发明的锁止单元部分结构的立体图；

图7是本发明的锁止座的立体图；

附图标记说明：1、液槽；2、槽盖；3、绝缘罩；4、气囊；5、第一引脚；6、第二引脚；10、气泵；20、电磁铁；30、磁性触点组件；301、滑动臂；302、永磁体；40、弹簧；50、第一连接管；60、分断座；601、分断通道；70、第二连接管；80、锁止单元；801、锁止座；802、驱动滑块；803、连接臂；804、杠杆；805、弹性钢丝杆；806、锁止驱动槽；8061、A段；8062、B段；8063、C段；8064、D段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。

如图1至图7所示，本实施例所述的一种自锁式液态金属触点长寿命继电器，包括液槽1、槽盖2、绝缘罩3、两个气囊4和两个第一引脚5；所述液槽1具有两个间隔设置的容置槽；所述槽盖2固定安装在液槽1上，并与两个容置槽形成两个填充有液态金属的金属液腔；所述绝缘罩3固定安装在槽盖2上，并与槽盖2之间形成有安装空间；两个所述气囊4分别一一对应安装在两个金属液腔内；两个所述第一引脚5分别穿设于液槽1底部的两端，且分别对应与金属液腔内的液态金属接触；

所述安装空间内安装有气泵10、电磁铁20、磁性触点组件30、弹簧40、第一连接管50、分断座60和第二连接管70；所述气泵10具有无杆腔和有杆腔；所述有杆腔内填充有惰性气体，所述无杆腔与两个气囊4均连通；两个所述电磁铁20对称分布于气泵10的两侧；所述磁性触点组件30的中部固定连接在气泵10的输出端上，并位于两个电磁铁20的上方；所述弹簧40套设于气泵10的输出端上，且所述弹簧40的两端分别与磁性触点组件30和气泵10相抵接；两个所述第一连接管50的一端分别一一对应与两个金属液腔连通；所述分断座60具有呈倒U型的分断通道601，所述分断通道601的两端分别一一对应与两个第一连接管50的另一端连通；所述第二连接管70的一端与气泵10的有杆腔连通，所述第二连接管70的另一端与分断通道601的中部连通。

本实施例中，具体地，所述分断座60是由耐高温陶瓷材料制成，结构更为可靠、耐用。本实施例中，具体地，所述液态金属为钠钾合金或汞，流动性好，易于控制液态金属的融合和分断。本实施例中，具体地，所述惰性气体为六氟化硫，对电弧抑制效果更好，更稳定。本实施例中，还包括有两个用于为两个电磁铁20供电的第二引脚6，两个第二引脚6的自由端从两个容置槽之间向下贯穿液槽1的底部，如此设置，便于继电器的接线安装。

本实施例的工作方式是：初始状态时，磁性触点组件30在弹簧40的作用下处于最高位置，气泵10的有杆腔内的惰性气体经过第二连接管70被压入分断座60内的分断通道601内，同时气囊4内的气体被吸入气泵10的无杆腔内，气囊4的体积减小，使得分断通道601内的液态金属被吸入第一连接管50内储存，此时由于两个金属液腔内的液态金属被分割开，使得外界高压回路处于断开状态，即两个第一引脚5没有电性导通；

在需要接通外界高压回路时，两个电磁铁20通电，对磁性触点组件30进行磁性吸附，磁性触点组件30下移，弹簧40被压缩，使得气泵10的有杆腔的有效体积增大，分断通道601内的惰性气体被吸入气泵10的有杆腔内，同时气泵10的无杆腔内的气体充入两个气囊4内，两个气囊4的体积增大，挤压金属液腔内的液态金属，使得两个第一连接管50内的液态金属流入分断通道601内，并在惰性气体氛围下融合，使得两个第一引脚5通过液态金属电性导通，从而实现接通外界高压回路；

在需要断开外界高压回路时，在两个电磁铁20释放对磁性触点组件30的磁性吸附后，弹簧40恢复形变，将磁性触点组件30顶升，使得有杆腔内的惰性气体再次通过第二连接管70进入分断通道601内，气囊4内的气体被吸入无杆腔内，同时分断通道601内的液态金属回流至第一连接管50内，使得两侧的液态金属在惰性气体氛围下分断开，从而实现外界高压回路的断开。

本实施例通过利用液态金属作为外界高压回路的接通触点，液态金属触点每次分断与融合形态始终保持不变，且液态金属的分断和融合均处于惰性气体氛围下，能够极大抑制电弧放电，从而有效避免触点因为电弧烧蚀而形成永久性的瘢痕，解决了传统继电器在分断过程中发生电弧烧蚀而造成触点表面质量劣化、使用寿命下降的问题，提高继电器的使用寿命，结构更为可靠、耐用。

本实施例中，气泵10的有杆腔的有效体积与无杆腔的有效体积相等，以保证有杆腔和无杆腔吸排气体的量相同。本实施例中，气泵10包括泵体、活塞杆和端盖，泵体固定安装在槽盖2上，端盖固定连接在泵体上并与泵体之间形成有一活塞腔，所述活塞杆的一端位于活塞腔内，所述活塞杆的另一端贯穿端盖后伸出至安装空间内，所述活塞杆将活塞腔分隔为有杆腔和无杆腔，磁性触点组件30的中部固定连接在活塞杆的另一端端部，弹簧40套设于活塞杆的另一端上，弹簧40的两端分别与端盖和磁性触点组件30相抵接。

基于上述实施例的基础上，进一步地，所述磁性触点组件30包括有滑动臂301和两个永磁体302，所述滑动臂301的中部固定连接在气泵10的输出端上，两个所述永磁体302对应固定在滑动臂301底面的两端并对应位于电磁铁20的正上方。具体地，滑动臂301的中部固定连接在活塞杆的另一端端部，在两个电磁铁20通电时，两个永磁体302受到电磁铁20的磁性吸附，带动滑动臂301下压，使得弹簧40被压缩，从而改变有杆腔和无杆腔之间的体积，使得液态金属从第一连接管50流入分断通道601内，实现两侧液态金属的融合连通；而在两个电磁铁20释放对两个永磁体302的磁性吸附后，弹簧40带动滑动臂301上移，实现两侧液态金属的分断，从而利用磁性触点组件30和电磁铁20配合实现控制外界高压回路的接通和断开。

基于上述实施例的基础上，进一步地，所述滑动臂301的两端还分别一一对应活动套设于两个第一连接管50外壁上；如此设置，利用第一连接管50为滑动臂301进行导向限位，使得滑动臂301在上下移动过程中更为稳定，保证两个永磁体302的位置始终与两个电磁铁20的位置对应。

如图1至7所示，基于上述实施例的基础上，进一步地，所述安装空间内还安装有两个用于对磁性触点组件30的位置进行锁止的锁止单元80，两个所述锁止单元80分别一一对应固定在两个电磁铁20的侧壁上。

本实施例中，具体地，每个所述锁止单元80均包括有锁止座801、驱动滑块802、连接臂803、杠杆804和弹性钢丝杆805，所述锁止座801固定安装在电磁铁20侧壁上，所述锁止座801上开设有锁止驱动槽806，所述驱动滑块802滑动连接在锁止座801上，所述杠杆804的一端铰接在锁止座801上，所述杠杆804的另一端与驱动滑块802铰接，所述连接臂803的一端固定连接在磁性触点组件30上，所述连接臂803的另一端活动铰接在杠杆804的中部，所述弹性钢丝杆805的一端固定连接在驱动滑块802上，所述弹性钢丝杆805的另一端活动嵌设于锁止驱动槽806内。

实际使用时，滑动臂301在电磁铁20的作用下下移，并带动两个锁止单元80的连接臂803下移，使得连接臂803驱动杠杆804向下摆动，杠杆804带动驱动滑块802向下滑动，驱动滑块802带动弹性钢丝杆805下移，使得弹性钢丝杆805的另一端沿着锁止驱动槽806移动，在滑动臂301下移到位后，此时液态金属进入分断通道601内且部分进入第二连接管70，然后电磁铁20断电，此时在弹性钢丝杆805与锁止驱动槽806的配合，对滑动臂301进行锁止，使得滑动臂301处于锁止状态，此时两侧的液态金属在分断通道601内保持为融合状态，从而保持外界高压回路的持续接通，无需电磁铁20持续通电工作；

在需要对外界高压回路断开时，电磁铁20再次通电，使得弹性钢丝杆805和锁止驱动槽806释放对滑动臂301的锁止，解锁后，电磁铁20再次断电，此时在弹簧40的弹力作用下，滑动臂301通过连接臂803带动驱动滑块802上移，驱动滑块802带动弹性钢丝杆805沿着驱动槽运动并上移，直至滑动臂301复位至初始状态，如此实现对外界高压回路的断开。

本实施例通过设置锁止单元80结合电磁铁20对滑动臂301在外界高压回路接通后进行锁止，从而无需电磁铁20持续通电，有效节约了电能，延长电磁铁20的使用寿命，进一步提高整体结构的可靠性。

如图7所示，本实施例中，所述锁止驱动槽806包括依次首尾连接的A段8061、B段8062、C段8063和D段8064，且所述A段8061、B段8062、C段8063的深度关系为：C段8063>B段8062>A段8061，D段8064的底面为倾斜面，所述A段8061与B段8062之间形成有锁止V型口，所述D段8064与A段8061之间成型有导向V型口，所述D段8064的两端分别与C段8063和A段8061平滑过渡连接，所述导向V型口的顶点位置位于弹性钢丝杆805处于自然状态下所在的直线的左侧，以便于弹性钢丝杆805从D段8064过渡至A段8061，所述锁止V型口的顶点位置位于弹性钢丝杆805处于自然状态下所在的直线上且位于B段8062内，以便于利用锁止V型口和弹性钢丝杆805配合对滑动臂301进行锁止。

具体地，为便于解释本实施，将弹性钢丝杆805的另一端定义为爪端，在电磁铁20通电驱动滑动臂301下移时，弹性钢丝杆805的爪端沿着A段8061滑动，此时弹性钢丝杆805处于形变状态，即弹性钢丝杆805出现向右偏摆，保持有向左回摆的趋势，直至弹性钢丝杆805的爪端滑动至A段8061的最低点，然后电磁铁20断电，此时在弹簧40的弹力作用下，滑动臂301通过连接臂803带动弹性钢丝杆805上移，同时由于弹性钢丝杆805的爪端向右偏，弹性钢丝杆805上移的过程中同步向左回摆，从而从A段8061的最低点进入锁止V型口内，即弹性钢丝杆805的爪端从A段8061进入B段8062内，从而实现对滑动臂301进行锁止；而在需要断开外界高压回路时，电磁铁20再次通电，使得滑动臂301下移至最低位置，在B段8062的导向作用下，弹性钢丝杆805的爪端向左偏摆，弹性钢丝杆805的爪端从B段8062进入C段8063内，此时弹性钢丝杆805具有向右回摆的趋势，然后电磁铁20再次断电后，在弹簧40的作用下，弹性钢丝杆805上移，弹性钢丝杆805的爪端沿着C段8063进入D段8064内，在D段8064的导向下，弹性钢丝杆805的爪端进入导向V型口内，此时弹性钢丝杆805在自身弹性作用下向右回摆，经过导向V型口的避让，从D段8064过渡至A段8061的初始位置，完成对滑动臂301的解锁，实现断开外界高压回路。

以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自锁式液态金属触点长寿命继电器，其特征在于，包括液槽(1)、槽盖(2)、绝缘罩(3)、两个气囊(4)和两个第一引脚(5)；

所述液槽(1)具有两个间隔设置的容置槽；所述槽盖(2)固定安装在液槽(1)上，并与两个容置槽形成两个填充有液态金属的金属液腔；所述绝缘罩(3)固定安装在槽盖(2)上，并与槽盖(2)之间形成有安装空间；两个所述气囊(4)分别一一对应安装在两个金属液腔内；两个所述第一引脚(5)分别穿设于液槽(1)底部的两端，且分别对应与金属液腔内的液态金属接触；

所述安装空间内安装有气泵(10)、电磁铁(20)、磁性触点组件(30)、弹簧(40)、第一连接管(50)、分断座(60)和第二连接管(70)；

所述气泵(10)具有无杆腔和有杆腔；所述有杆腔内填充有惰性气体，所述无杆腔与两个气囊(4)均连通；两个所述电磁铁(20)对称分布于气泵(10)的两侧；所述磁性触点组件(30)的中部固定连接在气泵(10)的输出端上，并位于两个电磁铁(20)的上方；所述弹簧(40)套设于气泵(10)的输出端上，且所述弹簧(40)的两端分别与磁性触点组件(30)和气泵(10)相抵接；两个所述第一连接管(50)的一端分别一一对应与两个金属液腔连通；所述分断座(60)具有呈倒U型的分断通道(601)，所述分断通道(601)的两端分别一一对应与两个第一连接管(50)的另一端连通；所述第二连接管(70)的一端与气泵(10)的有杆腔连通，所述第二连接管(70)的另一端与分断通道(601)的中部连通。

2.根据权利要求1所述的一种自锁式液态金属触点长寿命继电器，其特征在于，所述磁性触点组件(30)包括有滑动臂(301)和两个永磁体(302)，所述滑动臂(301)的中部固定连接在气泵(10)的输出端上，两个所述永磁体(302)对应固定在滑动臂(301)底面的两端并对应位于电磁铁(20)的正上方。

3.根据权利要求1所述的一种自锁式液态金属触点长寿命继电器，其特征在于，所述分断座(60)是由耐高温陶瓷材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种自锁式液态金属触点长寿命继电器，其特征在于，所述液态金属为钠钾合金或汞。

5.根据权利要求1所述的一种自锁式液态金属触点长寿命继电器，其特征在于，所述惰性气体为六氟化硫。

6.根据权利要求2所述的一种自锁式液态金属触点长寿命继电器，其特征在于，所述滑动臂(301)的两端还分别一一对应活动套设于两个第一连接管(50)外壁上。

7.根据权利要求1所述的一种自锁式液态金属触点长寿命继电器，其特征在于，所述安装空间内还安装有两个用于对磁性触点组件(30)的位置进行锁止的锁止单元(80)，两个所述锁止单元(80)分别一一对应固定在两个电磁铁(20)的侧壁上。

8.根据权利要求7所述的一种自锁式液态金属触点长寿命继电器，其特征在于，每个所述锁止单元(80)均包括有锁止座(801)、驱动滑块(802)、连接臂(803)、杠杆(804)和弹性钢丝杆(805)，所述锁止座(801)固定安装在电磁铁(20)侧壁上，所述锁止座(801)上开设有锁止驱动槽(806)，所述驱动滑块(802)滑动连接在锁止座(801)上，所述杠杆(804)的一端铰接在锁止座(801)上，所述杠杆(804)的另一端与驱动滑块(802)铰接，所述连接臂(803)的一端固定连接在磁性触点组件(30)上，所述连接臂(803)的另一端活动铰接在杠杆(804)的中部，所述弹性钢丝杆(805)的一端固定连接在驱动滑块(802)上，所述弹性钢丝杆(805)的另一端活动嵌设于锁止驱动槽(806)内。

9.根据权利要求8所述的一种自锁式液态金属触点长寿命继电器，其特征在于，所述锁止驱动槽(806)包括依次首尾连接的A段(8061)、B段(8062)、C段(8063)和D段(8064)，且所述A段(8061)、B段(8062)、C段(8063)的深度关系为：C段(8063)>B段(8062)>A段(8061)，D段(8064)的底面为倾斜面，所述A段(8061)与B段(8062)之间形成有锁止V型口，所述D段(8064)与A段(8061)之间成型有导向V型口，所述D段(8064)的两端分别与C段(8063)和A段(8061)平滑过渡连接，所述锁止V型口的顶点位置位于弹性钢丝杆(805)处于自然状态下所在的直线上且位于B段(8062)内，所述导向V型口的顶点位置位于弹性钢丝杆(805)处于自然状态下所在的直线的左侧。

10.一种如权利要求1至9中任一项所述的自锁式液态金属触点长寿命继电器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：初始时，磁性触点组件(30)在弹簧(40)的作用下处于最高位置，气泵(10)的有杆腔内的惰性气体经过第二连接管(70)被压入分断座(60)内的分断通道(601)内，同时气囊(4)内的气体被吸入气泵(10)的无杆腔内，分断通道(601)内的液态金属被吸回第一连接管(50)内储存，外界高压回路处于断开状态；

S2：在需要接通外界高压回路时，两个电磁铁(20)通电，对磁性触点组件(30)进行磁性吸附，磁性触点组件(30)下移，弹簧(40)被压缩，有杆腔的有效体积增大，分断通道(601)内的惰性气体被吸入有杆腔内，无杆腔内的气体充入两个气囊(4)内，两个气囊(4)的体积增大，挤压金属液腔内的液态金属，使第一连接管(50)内的液态金属流入分断通道(601)内，并在惰性气体氛围下融合，接通外界高压回路；

S3：在需要断开外界高压回路时，两个电磁铁(20)释放对磁性触点组件(30)的磁性吸附，弹簧(40)复位，磁性触点组件(30)上移，有杆腔内的惰性气体通过第二连接管(70)进入分断通道(601)内，气囊(4)内的气体被吸入无杆腔内，分断通道(601)内的液态金属回流至第一连接管(50)内，两侧的液态金属在惰性气体氛围下分断开，断开外界高压回路。

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